Повышение безопасности реактора ВВЭР-100

Атомная энергетика
Повышение безопасности реактора ВВЭР-1000
Описание реакторной установки ВВЭР-1000
Корпус ядерного реактора
Конструкция шахты внутрикорпусной

Активная зона реактора ВВЭР-1000

Поглощающий стержень системы управления и защиты
Описание первой топливной загрузки 5-го блока Балаковской АЭС
Расчет ТВС реактора ВВЭР-1000
Расчет продолжительности первой топливной кампании
Сценарий аварии
Конструкционный расчет
Технология проведения вибрационных испытаний ТВС РУ ВВЭР-1000
Анализ опасных и вредных производственных факторов, имеющих место при работе цехов по производству ТВС
Оценка максимально-возможной радиационной аварии при производстве ТВС
 
 
 
 
 

Перечень принятых сокращений

A3 - аварийная защита

АСУ ТП - автоматизированная система управления технологическими процессами

АЭС  - атомная электрическая станция

БВ - блок верхний

БЗТ - блок защитных труб

БЩУ - блочный щит управления

БЭР - блок электроразводок

ВВЭР - водо-водяной энергетический реактор

ВКУ - внутрикорпусные устройства

ВРК  - внутриреакторный контроль

ГРР - главный разъём реактора

ГЦК -  главный циркуляционный контур

ГЦНА - главный циркуляционный насосный агрегат

КИП  - контрольно-измерительные приборы

МКУ - минимально-контролируемый уровень

МПП  - межпрокладочная полость

МРЗ - максимальное расчетное землетрясение

ННЭ  - нарушение нормальной эксплуатации

НД - нормативная документация

НЭ  - нормальная эксплуатация

OP - орган регулирования

ОС - образцы-свидетели

п/к  - программный комплекс

ПЗ - проектное землетрясение

ПНР - пуско-наладочные работы

ППР - планово-предупредительный ремонт

ПС - поглощающие стержни

РУ  - реакторная установка

САОЗ - система аварийного охлаждения зоны

СВРД - сборка внутриреакторных детекторов

СВРК - система внутриреакторного контроля

СУЗ  - система управления и защиты

ТВС - тепловыделяющая сборка

твэг  - тепловыделяющий элемент с уран-гадолиниевым топливом

твэл - тепловыделяющий элемент

ШЭМ - шаговый электромагнитный

ЭВМ - электронно-вычислительная машина

Ду - диаметр условный

 

Согласно итогам организационно-деятельностного семинара, проходившего с 8 по 11 декабря 2005 года в Колонтаево, которые в настоящее время отражаются в распорядительных документах Федерального агентства по атомной энергии, основой ближайшего развития атомной энергетики России будет ввод в эксплуатацию энергоблоков с реакторами ВВЭР-1000 с минимальными конструктивными изменениями. Планируется так же, что количество вводимых блоков будет соизмеримо с объемом их экспортного строительства.

Однако одним из первых введенных в эксплуатацию блоков будет 5-й блок Балаковской АЭС с РУ В-392Б. Этот проект имеет ряд отличий от проекта РУ В-320. В настоящее время загрузка 5 блока БалАЭС не определена окончательно. Однако, основными изменением в активной зоне будет изменение количества ОР СУЗ до 121 вместо 61 в проекте В-320. В связи с размещением такого количества ОР СУЗ возникает необходимость размещения в кассетах измерительных каналов не в центре кассеты. Все перечисленные выше изменения конструкции активной зоны усложняют стационарный и нестационарный нейтронно-физический расчет изменяют его результаты и, следовательно, напрямую влияют на обоснование ядерной безопасности. 

Известно, что в последнее время мощности ядерной энергетики не росли, однако на уровне топливной составляющей развитие не прекращалось, в виду появившейся конкуренции на рынке топлива для реакторов советского производства. К этому времени западные аналоги – реакторы PWR имели некоторые преимущества по расходу топлива и, то, что особенно важно для экспортных вариантов, по продолжительности кампании. Для реакторов PWR были освоены продолжительности кампании, составляющие 18 и 24 месяца. Реакторы ВВЭР-1000 должны были приблизиться к таким же показателям. Как ожидается, продолжительность кампании будет увеличена на 5-м блоке Балаковской АЭС (БалАЭС), где готовится к реализации проект В-392Б. Это будет достигнуто путем использования уран-гадолиниевого топлива, уже освоенного в других типах РУ с ВВЭР. Уран-гадолиниевое топливо локализуется в твэггах, количество которых в кассете не превышает в настоящее время 9. Однако конструкция кассеты РУ В-392В осложнена тем, что в нее включено такое число твэггов, которое не обладает даже симметрией в 1200 (7 штук). Таким образом на сложную задачу расчета выгорания топлива в УГТ накладывается несимметричное его расположение.

Повышение безопасности реактора ВВЭР-1000 в последнее время затронуло и систему управления и защиты (СУЗ). Она оказывает непосредственное влияние на организацию внутриреакторного топливного цикла. Возросшие требования к безопасности и надежности эксплуатации поглощающих элементов кластеров СУЗ реакторов ВВЭР-1000 привели к необходимости значительной модернизации ПЭЛ. Она состояла во введение в конструкцию каждого из стержней регулирующего кластера звена из титаната диспрозия, по поглощению эквивалентному соответствующему участку из карбида бора. Назначение этого звена состоит в общем утяжелении кластера для обеспечения проектного времени ввода органов регулирования (ОР) СУЗ в режиме аварийной защиты, т.е. при сбросе. Это мероприятие явилось одним из нескольких, направленных на недопущение ухудшения свойств активной зоны, которые могут быть вызваны искривлением кассет. Этот дефект свойственен и наблюдался, как в реакторах ВВЭР-1000, так и в PWR. Основными результатами этих мероприятий были разработки двух новых конструкций кассет. В одной из них, ТВСА, разработанной в ОКБМ, основным конструктивным изменением является введение уголков жесткости. В конструкции другой, ТВС-2, разработанной в ОКБ ГП, применен жесткий сварной каркас. В обеих кассетах увеличено количество дистанционирующих решеток. При использовании упомянутых кассет обеспечивается необходимая жесткость активной зоны. Расчетным путем, путем реакторных испытаний и в процессе эксплуатации доказано, что ТВСА отвечает проектным характеристикам в части максимального прогиба. ТВСА и ТВС-2 взаимозаменяемы при формировании загрузки активной зоны. В течение ряда лет на действующих энергоблоках с ВВЭР-1000 время сброса ОР СУЗ в режиме аварийной защиты отвечает проектному. Кассеты новых конструкций новые конструкции ПЭЛ будут использованы в РУ В-392В

Обоснование безопасности модификации активной зоны состоит из двух этапов. Первый этап заключается в том, что при расчете выгорания топлива в процессе кампании сравниваются значения параметров и их проектных и эксплутационных ограничений. Это эффективность аварийной защиты и отдельных групп ОР СУЗ, подкритичность, коэффициенты и эффекты реактивности по отдельным параметрам и т.д.

Второй этап обоснования безопасности заключается в рассмотрении постулируемых проектных и запроектных аварий. Исходные события аварий рекомендуются нормативными документами, но окончательно выбираются эксплуатирующей организацией (проектантом РУ). Подход, в котором рассматриваются проектные и запроектные аварии принято называть детерминистическим анализом безопасности, в отличии от вероятностного анализа безопасности, который здесь не рассматривается. Исходные события детерминистического анализа безопасности разбиваются на несколько групп: аварии с изменением реактивности, нарушением теплоотвода и т.д. Для обоснования безопасности активной зоны при изменении топливных циклов определяющую роль играют аварии с изменением реактивности, которые будут рассмотрены ниже.

Для анализа аварий с изменением реактивности в НТЦ ЯРБ используется программный комплекс Радуга, разработанный в институте АТОМЭНЕРГОПРОЕКТ. Основное назначение этого комплекса – это взаимосвязанный расчет нейтронных и теплогидродинамических процессов в переходных аварийных режимах. В нейтронно-физическом блоке п/к Радуга решается уравнение кинетики в диффузионном двухгрупповом приближении. Решение этого уравнения требует наличия библиотеки нейтронно-физических параметров (констант) активной зоны реактора, которые зависят как от режима работы реактора (температура топлива и теплоносителя, концентрация бора в теплоносителе и т.д.) так и от конструктивных особенностей ТВС того или иного проекта. Расчету библиотеки нейтронно-физических констант 5-го энергоблока Балаковской АЭС для п/к Радуга посвящена исследовательская часть данного дипломного проекта.

РУ проекта В-392Б, которая предполагается к использованию на 5 энергоблоке Балаковской АЭС, оснащена рядом дополнительных систем безопасности по сравнению с РУ проекта В-320. Однако проектировщиками не уделено внимание тому, что РУ В-320 и РУ В-392Б могут удовлетворять критериям приемки в реактивностных авариях без срабатывания аварийной защиты. В проекте приводится рассмотрение аварии с выбросом регулирующего стержня.

Анализ мирового энернетического рынка (по состоянию на 2007, 2008, начало 2009 года) В 2007 г. по сравнению с 2006 г. потребление энергоресурсов в мире увеличилось на 2,4 %, а их производство – на 1,4%, рост происходил преимущественно за счет увеличения потребления энергоресурсов крупнейшими развивающимися странами, идущими по пути индустриализации. Так, за последние 5 лет энергопотребление в Китае выросло на 76%, Индии – на 31%, Бразилии – на 18%.

Анализ цен на основные виды энергетических ресурсов На протяжении последних пяти лет в мире непрерывно продолжалось нарастание энергопотребления. Этот процесс сопровождался затяжным периодом роста цен на нефть и уголь. Цена на природный газ, однако, была крайне неравномерной.

Мировые тенденции в сфере энергетике В феврале 2009 года Международным Энергетическим Агентством был обнародован «Обзор мировой энергетики» за 2008 год, в котором констатировалось падение спроса на энергетическое сырье в мире с сохранением данной тенденции до 2010 года. Так, согласно данных обзора, спрос на нефть в мире с июля 2—8 года по февраль 2009 года снизился на 4,5%. Восстановление динамики спроса на уровне 2% в год планируется в 2010 году.

  Согласно базовому сценарию к 2030 году объемы выбросов СО2 составят приблизительно 41 Гигатонну, увеличившись за 25 лет на 47%, при сохранении прежней структуры потребления энергии.

Анализ текущей ситуации в энергетике Российской Федерации с учетом мировых тенденций В последнее время вопросы международного сотрудничества в области энергоэффективности, а также экологические аспекты мировой энергетики входят в приоритеты деятельности не только профильных ведомств России и многих зарубежных стран, но становятся привычными и для внешнеполитических министерств. Данные вопросы постепенно занимают все более важное место в практике энергетической дипломатии. Для России проблемы окружающей среды и энергосбережения взаимосвязаны, что объясняется техническими характеристиками и степенью изношенности основных производственных фондов отечественного ТЭКа.

Основные приоритеты долгосрочной энергетической стратегии России В начале 2009 года Министерством энергетики Российской Федерации разработан проект «Энергетической стратегии России на период до 2030 года» (ЭС-2030). Данный документ является не просто пролонгацией предыдущей стратегии до 2020 года, а формирует новые стратегические ориентиры развития энергетического сектора в условиях перехода российской экономики на инновационный путь развития, определенный Концепцией долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации. Охлаждение и захоронение радиоактивных отходов Эксплуатация атомных электростанций приводит к появлению ценных веществ и побочных продуктов, которые являются радиоактивными. Эта радиоактивность сохраняется после прекращения ядерной реакции деления. Обращаться с этими материал

Глобальное снижение спроса на энергоносители и электроэнергию. В январе 2009 года добыча газа в РФ составила 55,2 млрд. куб.м, что составляет 89,5% к январю 2008 года. Снижение объемов добычи газа обусловлено сокращением экспорта газа в январе 2009 года на 40,7% по отношению аналогичному периоду прошлого года, а также сокращением спроса на внутреннем рынке на 0,8%, в том числе электростанциями – на 8,2%. Министерство экономического развития Российской Федерации с некоторой осторожностью делает прогнозные оценки относительно динамики добычи и экспорта основных энергетических ресурсов.

Радиоактивность – отнюдь не новое явление; новизна состоит лишь в том, как люди пытались ее использовать. И радиоактивность, и сопутствующие ей ионизирующие излучения существовали на Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовали в космосе до возникновения самой Земли.

Традиционные виды энергетики К традиционным видам энергетики относятся тепловые электростанции ( ТЭС ) гидроэлектростанции (ГЭС ) и атомные электростанции ( АЭС )

 

Повышение безопасности реактора ВВЭР-100